《10kV配电物联网智慧台区关键技术与实践（附物联网技术在配电台区中的应用与思考）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10kV配电物联网智慧台区关键技术与实践（附物联网技术在配电台区中的应用与思考）.docx（7页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、传统配电网管理模式不满足新时期发展需求，迫切需要深入应用“云大物移智”等先进技术，从本质上深化标准化建设、加强精益化运维、提升智能化水平,实现跨越式发展。2019年，电网公司提出了建设“三型两网”世界一流能源互联网企业的战略目标，配电物联网是公司实现“三型两网”战略目标的重要建设内容，基于“云管边端的配电物联网体系架构，融合“云大物移智”等先进信息技术来开展中低压配电网的物联网化建设，能显著提升运维管理水平和供电服务水平。智能配电网与电力物联网结合就是配电物联网，以优质的供电质量、高效的运营效率和优良的用户体验为目标，建设物联网智能配电示范台区，采用基于智能配变终端、物联网站所终端、云平台等多
2、种先进的信息化、智能化技术、设备及运维管理手段，充分融合不同系统、不同设备数据，支撑配网主动运维、全寿命周期管理、多元负荷消纳等应用功能，通过中低压故障预判、停电事件感知和低压故障定位，提高主动检修、故障抢修工作效率，实现供电质量、运营效率和用户体验的全面提升。1总体方案1.1 技术方案基于“云、管、边、端的配电物联网技术架构来开展配电室中低压物联网化智能改造。项目融入“云大物移智等先进技术，部署一二次融合智能断路器、感知终端、智能电容、环境监测等物联网端设备实现台区运行状态全感知，部署物联网站所终端与智能配变终端作为边缘计算节点，实现站端信息汇聚与本地智能决策，并经无线通信接入云主站系统，实
3、现中低压全景感知、故障就地快速研判、电能质量优化提升、台区营配融合贯通、台区线损精益管控、低压精准运维支撑等功能，并结合供电服务指挥平台与抢修站，实现故障快速抢修与供电快速恢复。1.2 云平台方案物联网配电室数据直接接入配电物联网云平台，通过远程工作站方式进行管理和应用。物联网云主站主要包括智能台区运维管控应用功能。1）设备运行状态监测通过采集配电室高低压设备信息，实现对配电室高低压设备电压、电流、电量、开关位置、变压器负荷、功率因数等信息的实时监视，从而实时监视配电室高低压设备的运行状态，并提供设备状态信息变化及异常信息告警提示。监控范围覆盖配电室、表箱。系统根据现场设备运行状态提供拓扑着色
4、功能：用不同颜色表示电网元件运行状态（带电、停电等）；用不同颜色表示低压配电线路运行状态（带电、停电等）。系统结合历史数据，支持对配电变压器等设备的一定历史时间区段的重载分析、过载分析、空载分析及轻载分析等；支持基于短期负荷预测结果，预测当天台区负荷重载、过载情况。2）智能告警分析（1）用电负荷异常告警。某个时间段内，当发生用户用电负荷异常（越限）时，系统通过画面或语音进行告警提示。（2）停电影响用户自动分析。选择故障发生区域，支持通过列表的形式对停电影响配变及配变所带用户情况进行显示，内容包括影响用户名称、所属配变名称、配变停电时间、配变所属配电线路、所属变电站等。（3）实现对低压台区停电事
5、件、电压越限、配电变压器过载等遥信告警事件的监视与管理，支持告警信息主动推送及历史数据查询。3）低压故障研判通过在表箱侧增加智能监测单元，实时对用电线路的电压周期信号（即有无有效交流周期过零）和电压幅值进行监测，并上传停电事件信息至智能配变终端。智能配变终端依据低压配电网运行信息，研判配变停电、多户停电、单户停电等停电类型并上送。系统依据智能配变终端上送的研判结果信息进行故障定位、低压配电网拓扑着色并自动推图告警，生成停电事件记录。系统结合低压拓扑关系，实现停电后快速定位用户范围，支撑低压故障的快速抢修和低压供电可靠性分析。4）电能质量监测与分析（1）配变出口低电压分析。根据智能配变终端上送的
6、配变遥测数据，主站定周期（15min）计算配变的出口低电压情况并进行告警，同时进行配变出口低电压原因分析。（2）末端低/过电压分析。根据智能配变终端收集的表箱或户表遥测数据，末端低/过电压分析应用程序（application,APP）通过计算判断是否存在末端低/过电压情况并及时上送主站，由主站进行告警，并进行末端低/过电压原因分析。（3）末端电压合格率。根据智能配变终端上送的表箱或户表遥测数据，主站定周期（1天）计算前一天的末端电压合格率，并对于电压合格率不达标的表箱或户表进行原因分析。（4）低压谐波污染定位分析。谐波污染定位分析APP把采集并分析出来的谐波异常数据发送给系统，系统通过列表和曲
7、线的方式进行展示，并能够在台区接线图上可视化展示谐波异常的设备定位。（5）供电可靠率分析。根据智能配变终端上送的停送电信息，主站定周期（1天）计算前一天的供电可靠率，并对影响供电可靠率的原因进行分析。（6）配变三相不平衡分析。根据智能配变终端上送的配变遥测数据，主站定周期（15min）进行三相不平衡率计算，展示配变每相所带表箱或户表明细及电流值；基于配变负载监测结果，对三相不平衡度进行分类统计。5）运行预测分析（1）配变重载、过载预测。根据智能配变终端收集的配变遥测数据，台区负荷预测手机客户端结合历史数据进行计算，判断该配变是否存在未来24h内重载或过载的可能，并及时上送主站，由主站进行告警。
8、（2）台区图模异常管理。智能配变终端台区识别APP通过与台区识别仪通信，控制台区识别仪进行台区智能设备的相序识别和拓扑识别，并将识别结果送给主站，由主站进行台区拓扑自动对比和校验，并对台区图模不一致的配变进行告警提示。6）线损分析基于台区拓扑结构及其监测数据，分析出台区侧任意相、任意区段的小时级线损和总线损占比,线损异常主动上报,解决无法对线损精准定位和分析的难题，支撑线损治理、窃电核查等工作。7）可接入容量分析基于台区拓扑结构及其监测数据，分析出各节点可扩负荷容量，按配变、开关节点和相别输出安全可扩容量，解决新增负荷报装接入选点选相难的问题，提高配变新增布点和扩容项目储备及立项的合理性、经济
9、性。8）无功补偿综合电源侧总补电容器、末端终端分补电容器信息，基于台区拓扑关系，自动决策，实现就近、最优补偿，实现无功和电压协调控制及辅助降低线损，提升供电质量，减少无功传送线损，支撑低电压治理。9）供电可靠性分析系统通过大数据分析技术，对台区内发生的故障停电、计划停电、重大缺陷、重过载等数据进行供电可靠性综合分析评价。10）台区综合状态评价系统采用大数据分析技术，通过对各个配变的历史负荷信息、故障信息和电能质量异常信息进行综合分析，并对配变的健康状态进行评估，为配变的改造提供辅助决策依据。11）配变经济运行分析智能配变终端通过实时采集配变的负荷数据并上送到系统，系统结合配变的历史负荷信息进行
10、未来24h的负荷预测，并根据每个配变的负荷预测情况，给出配变合并运行或转带负荷的经济运行方式调整建议。12）综合能源接入监测（1）光伏电源接入监测在光伏并网近端加装通信采集单元，光伏并网处加装电压感知设备，通过可编程逻辑控制器（PrOgrammablelOgiCContrOner,PLC）与智能配变终端接入，分析运行工况、谐波、电压、频率等，实现光伏并网控制。（2）分布式电源管理本地化监控分布式电源接入，初期实现分布式电源运行数据实时本地化监测，继而分析分布式电源对低压台区供电质量、供电能力的影响并提炼影响规律,最终实现配变终端对分布式电源接入的本地化管控，降低分布式电源的人力管理成本。（3）
11、电动汽车有序充电管理智能配变终端实时采集电动车充电桩运行状态数据、电量数据、告警事件等信息，同时结合台区获取的区域用电负荷、充电负荷和用户充电行为，应用大数据分析算法研究电动汽车充电负荷动态特性，建立电动汽车充电负荷模型，建立充电负荷数据库，根据时间、空间、使用率、充电量、用户等多维度的数据统计,形成用电、充电负荷规律和用户行为规律，为用户需求侧响应，制定台区内电动汽车充电管理策略，根据用电习惯减少电网与充电负荷冲突，也为充电选址规划等提供依据和解决方案。1.3通信建设方案按照“云、管、边、端”的整体架构，配电通信网络建设整体上分成两个主要部分：远程通信网，即边缘计算终端与新一代配电自动化主站
12、系统之间的通信网；感知设备与边缘计算终端之间的本地通信网。远程通信网主要为边缘计算节点与云平台的通信组网，智能配变终端单匹（distributiontransformersupervisoryterminalunit,TTU）与物联网配电终端单元（distributionterminalunit,DTU）采用4G通信方式（具备条件可试点5G通信）接入省公司云主站系统，通信协议采用消息队列遥测传输（messagequeuingtelemetrytransport,MQTT）；本地通信网主要为配电室内中低压端侧设备与边缘计算节点的通，言组网，主要包括宽带电力线载波（high-speedpowerl
13、inecarrier,HPLC）.RS485微功率无线等通信方式。2配电物联网关键技术2.1 台区拓扑自动成图分布式台区智能终端具备拓扑特征信号注入与识别功能、多路高精度采集能力。以公共信息模型(CommoninformationmodeLCIM)的语法结构为基础，构建模型映射规则，实现主动识别产生的中间文件模型结构到ClMo通过识别智能配变终端的起动命令，各个接点逐层进行电压、电流信息量检测，根据无功变化，提取并注入无功量信号，通过无功量信号注入与识别，将结果上送TTU,TTU基于就地边缘计算与识别，完成拓扑模型构建并上送云主站系统，自动生成电气接线图。该模式避免了传统模式因触发短路方式注入
14、信号对低压带来的干扰和风险。整个过程无需人工参与，当台区发生负荷切换等变更后，能实现自动更新拓扑关系。云主站侧对文件格式的规范性、字符编码、语法语义、拓扑关系、属性值正确性等方面进行拓扑模型校验。通过校验后主站主动获取边端电气数据并集合电气建模和数据建模完成低压拓扑生成，根据低压拓扑连接关系，自动生成台区接线图，实现低压拓扑可视化展示。基于感知终端的台区拓扑自动识别与云主站系统成图如图1所示。NCBA/I(c)拓扑识别与成图过程图1台区拓扑自动识别与云主站系统成图2.2 基于HPLC智能电表的停电快速告警结合HPLC智能电表的停电信息主动上送功能、台区拓扑自动成图功能和智能配变终端边缘计算功能
15、，可实现台区故障秒级快速精准研判，云平台快速推送告警定位等信息。台区拓扑就地自动识别原理如图2所示。2.3 中低压分段分相线损计算基于物联网DTU智能配变终端、分布式台区智能终端的实时监测、边缘计算与云边协同功能，可实现台区的中低压各区段线损精准化分析计算。图2台区拓扑识别原理此父节点下所有子节点的电量和。-分段线损=拓扑父节点电量3配电物联网智慧台区建设实践现场台区建设范围主要包括配电室中压侧、配变侧、低压线路侧和用户侧，按照上述方案开展建设，逐步实现了局部智慧配电网的目标。各模块实施以下建设1）中压侧部分配电室为双电源供电，配置中压开关柜，采用全断路器方式，采用真空灭弧、六氟化硫气体绝缘的
16、全绝缘、全密封开关柜，可切断相间短路电流、负荷电流和零序电流。配置电压互感器、电流互感器、零序电流互感器、电动操动机构等自动化组件。开关柜一体化集成物联网DTU,具备进线柜、出线柜及联络柜的实时监测和控制等三遥功能，并满足云平台接入要求，采用物联网MQTT协议。开关柜配置局放监测模块及电缆接头测温模块，并接入物联网DTU,经本地汇聚后将数据上送云主站系统。2）配变侧部分配变侧建设范围为配电室1#和2#变压器、低压开关柜及站室监测。（1）配电室配置低压进/出线开关柜、联络柜和智能电容柜；进线柜、联络柜配置电子控制的框架式断路器，配置电动操作机构。进/出线断路器应具备通信功能。（2）配电室配置2台
17、智能配变终端，分别监测1#、2#配变低压电气量，并作为1#和2#台区的数据汇聚与边缘计算中心。（3）低压出线柜配置分布式台区智能终端及开启式电流互感器，安装于下侧电缆出线室内，分布式台区终端与智能配变终端采用HPLC通信方式。（4）配电室墙上配置温湿度传感器，天花板上配置烟雾传感器，电缆沟内配置水位传感器，具备站室内环境及安防监测功能，经汇聚单元接入智能配变终端。（5）配电室内智能电容通过控制装置接入智能配变终端。（6）进/出线柜配置电缆接头无线测温装置，并接入智能配变终端。（7）配电室配置门禁系统，开门告警信息可通过智能配变终端上送云平台。3）线路侧部分低压分支箱配置分布式台区智能终端和配套
18、三相电流互感器，实现进出线电压、电流监测，具备拓扑信号注入与识别功能，并经HPLC模块上送给智能配变终端。4）用户侧部分用户总进线配置物联网型智能断路器，表后开关配置智能型微断，实现表箱进/出线电压、电流监测和开关位置监测功能，智能断路器通过无线或RS485通信方式将信息上送给物联网通信单元，并经HPLC通信模块接入智能配变终端。电动汽车充电桩配置物联网通信单元，实现充电桩电压电流及运行工况监测，配置HPLC通信模块接入智能配变终端5）营配数据贯通部分智能配变终端通过与I型集中器做数据交互，实现电表信息的读取，原有用采系统架构不变。建议电表加装HPLC模块或更换为智能电表，具备停电信息主动上送
19、功能。6）高级APP应用部署为进一步推进物联网台区的深化应用，开展高级APP的部署与应用，主要包括台区拓扑就地自动识别APP、集中器抄表APP、台区分段分相线损和扩容分析APP、台区谐波污染定位分析APP、台区无功综合补偿调节APP、电气设备健康状态评估APP和台区资产档案重建管理APPo通过上述建设，实现了中低压数据的实时采集、三相不平衡调节装置、各类非电气量（温度、湿度、门禁、安防）等智能设备的接入，为实时监控、运行优化和大数据应用提供了基础，提升了配电网营配调贯通及精益管理水平。4结论2019年可以说是电力物联网和数字透明电网的建设元年，一方面是电网公司“两网融合”“数字电网”升级转型的
20、迫切内在需求，另一方面有“云大物移智”创新技术的快速发展，“万物互联”将是趋势。总而言之，配电物联网智慧台区建设作为电力物联网非常有益的探索，研发及选型了云主站平台、物联网化配电终端、智能感知设备等先进装备，进一步实实在在落地和丰富了电力物联网的内涵，未来的电力物联网将依托越来越扁平化的架构，信息传输一步上云端，进一步发掘数据价值和应用效率，达到配电网状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活和运维主动精准，为提高供电质量和服务水平打下坚实基础。物联网技术在配电台区中的应用与思考关键词：边缘计算智能终端物联网摘要：配电台区管理存在设备多、通信基础薄弱等困难，且业务的更新、扩展、迁移重度依赖于厂家
21、和设备。借助物联网带来的技术与理念，提出一种新型配电台区应用实践方式，以更标准开放的架构，促进配电管理者需求的自由、灵:客土也关键词：配电台区;物联网;智能终端;边缘计算;软件定义;即插即用一直以来，由于低压配电网点多、面广、量大、单点经济价值低的特点，以及电网公司投资成本、人力资源及技术水平等多方限制，配电网改造的重点主要放在IokV及以上网络，作为“最后一公里”的低压配电网长期处于监测盲区？在经济社会对配电网供电服务需求不断提高的新形势下，低压配电网通常以配电变压器供电范围为单位的片区（配电台区）进行管理，可对台区内网络进行自主综合监控、管理与双向互动，有效提升供电可靠性和供电质量，因此已
22、成为低压配电网精益化管控的重要推广技术手段。近年来，电网公司逐步开展老旧台区自动化信息化改造，探索台区电能质量监测分析、拓扑识别、线损分析、故障定位保护等应用，试点了营配调融合的管理模式，提出了智能配电台区标准化、成套化建设理念，发布并推广了配变终端、智能配电单元等台区内设备的功能规范。1配电台区设计理念1.1 低压配网全面感知通过在台变侧、线路侧、用户侧关键节点接入、改造或部署智能一次设备、二次装置、智能传感及视频监控等设备实现低压配网的运行状态、设备状态、环境状态以及其他辅助信息等基础数据的采集。同时基于宽带载波IP化和微功率无线通信，组建低压台区“零接线”网络层，统一通信接口和交互模型，
23、解决低压智能设备类型与数量多、安装位置分散、布线困难和施工停电等问题，实现设备的泛在互联。1.2 数据/应用就地化管控首先，台区数据总量控制需要就地化管控，随着配电台区设备信息化水平的提高，配电台区产生的数量类型及数据总量将持续增长，仅国网系统内智能电表单日采集数据已达到6TB以上，若所有监测数据全部上传主站，将消耗大量通信资源和主站资源，且由于电网异常较少出现，故大量正常运行数据无需传至主站，若台区能够自治，则至少50%的数据将无需上传至主站;其次，台区快速分析决策需要就地化管控。部分业务控制、执行的实时性要求高，如配电变压器保护、故障研判等，数据分析和控制逻辑按照传统自动化终端采集、主站的
24、架构实现，难以满足业务实时性要求。f内业务上，台区侧需要引入新型的计算架构，使配电台区本体及所辖所有低压配网运行状态进行本地化在线监测、智能分析与决策控制，缓解全覆盖高频数据采集对通信、存储和计算带来的巨大压力，提升台区运维服务速度和质量。对外业务上通过台区云主站和边缘计算节点之间资源协同和智能协同向企业、电力客户、可研机构、政府及其他主体提供数据共享及服务。2关键技术2.1 配电物联网云主站配电物联网云主站满足海量设备连接，末端设备即插即用，应用快速上线，多平台数据有效融合，数据驱动业务、边云协同等功能，1）基础设施即服务层（IaaS）实现云、端资源虚拟化，形成资源池，按需分配调度？根据配电
25、的监控对象和传感器的接入数据量、存储容量需求以及后期业务扩展的需求，具备动态的计算和存储扩展能力。2）平台即服务层（PaaS）主要实现配电物联网数据汇聚、消息传输、数据存储、计算、数据处理与分析、公共服务等功能？针对终端单元众多、快速响应等需求，在PaaS层实现终端智能化管理、数据统一接入与存储处理等功能？3）软件即服务层（IaaS）实现配电物联网应用服务化，提供配电台区监测、设备状态监测、资产管理、配电运维等多种面向配电物联网业务需求的微服务。配电台区云主站还应该能够承担智能终端应用的全生命周期管理。具备应用授权、应用门户、应用管理、协同监测、系统管理等功能，可实现APP生态的全面支撑？在配
26、电台区应用中，根据每个配电台区实际应用需求，通过远程“零接触1点对点方式实现APP灵活定制化部署，降低运维成本，提高运维效率，同时基于互联网开放开源思路，发挥各单位的智慧，促进应用的快速发展。2.2 智能终端配电物联网2.2.1 硬件平台化传统配电网中的终端设备数量众多，厂家众多，安装后现场难以维护;业务功能和通信功能集成,功能单一不可扩展,造成硬件资源的浪费更是资金的浪费。经过对比分析，可知这些装置都包括遥信、遥测、遥控和主控模块以及对外的通讯接口，功能在主控模块中实现，其他模块的功能基本相同。智能终端应采用平台化的设计理念，将数据采集接口、通信接口和控制接口封装，基于虚拟容器技术创新设计硬
27、件平台，该硬件平台可根据具体应用需求，对多回路交直流采集模块、有(无)线多种通信模块以及各类传感器模块实现自由拼装组合与灵活扩展,支持不同厂商产品之间的硬件互换，还可根据不同业务需求进行主控模块的伸缩。2.2.2 软件APP化传统终端设备普遍采用面向过程的整体化软件架构设计方案，各业务单元软件模块耦合性大，随着接入智能终端的业务模块越来越多，智能终端的软件复杂度也呈指数级增长。新增业务功能处理复杂性高，且业务软件的开发只能由终端硬件厂商进行开发，难以满足业务灵活调整、快速安装部署的需求。以APP软件定义方式实现业务功能，通过模块化的软件功能组合，提高功能APP之间的独立性;建立基于移动互联网思
28、路的APP应用市场,发挥应用开发商的群体智慧,开发种类繁多的功能APP,协助实现各种数据采集、监测等工作。2.2.3 高度标准化配电设备分布广泛、数量众多，并且电压等级越低，该特性越明确。因此配电终端本身需要低成本、易安装、免维护，这只能依靠终端的标准化来保障。随着配电物联网需求的提出，智能终端在原有低成本、易安装、免维护的基础上，还增加了端与端之间的互联、互通、互操作的需求，这对终端标准化提出了更高的要求，在原有配电终端统一外观尺寸、型式结构、接口定义等侧重硬件标准化的基础上，还需要对终端的软件管理、通信规约、信息模型、数据存储等内容进行彻底的标准化。3结语在用户高水平供电服务要求、电价改革和电能替代的多重压力下，配电网面临着巨大的变革、随着能源储输技术、通信技术、互联网技术等电力工业技术和新一代信息通信技术的不断进步，配电网将向着信息流。电力流、能源流高度融合的开放、智能、柔性、清洁的新型运行模式持续发展。参考文献：1王成山，罗凤章，张天宇，等.城市电网智能化关键技术J.高电压技术，2016,42(7)：2017-2027.2王玮，李睿，姜久春.面向能源互联网的配电系统规划关键问题研究综述与展望J.高电压技术，2016,42(7)：2028-2036.
